超声对产品的质量检测

第四节　超声对产品的质量检测

超声波探伤

产品质量的无损检测技术应用非常广泛，在各工业部门用得最多的五种常规无损检测方法是：超声、涡流、射线、磁粉和渗透。其中超声波检测又是一种最常用的方法。

超声波探伤是无损检测最广泛的应用之一，因为它具有灵敏度高、穿透力强（可以穿透无线电波、光波无法穿透的物体）、检测速度快、成本低、设备简单轻便和对人体无害等一系列优点，成功地应用于各个领域，形成颇有特色的产业。

超声波探伤是利用超声探头向被检测物体中发射超声，然后根据收到的超声回波或穿透波来判断物体中是否有缺陷（如裂纹、气泡、夹渣等）或其他不稳定因素。

超声波频率在很大程度上决定了超声探伤的检测能力，必须选择适当。因为频率高时，波长短，声束窄、发散角小、能量集中，因此发现小缺陷的能力强。但检查的空间小，穿透力差。频率低时，波长长、声束宽、发散角大、能量不集中，因此发现缺陷的能力差，但探测的角度大，穿透能力较强。一般来说，对于晶粒微小的材料，常采用2.5～5MHz的频率，能发现的最小缺陷一般在半个波长左右。晶粒大的材料对超声波散射较强烈，一般选用0.5～1MHz的频率，能发现的最小缺陷为1mm左右。对于铸铁和非金属等声衰减强烈的材料，采用几十千赫的频率。现在使用的超高频超声扫描，已可检测小到20mm的缺陷。

目前，结合微型计算机技术制造的各种智能化的超声波探伤仪已经问世，大大提高了仪器的稳定性。超声波对产品质量的检测，具有很高的经济、社会效应和军事效应。它与射线探伤、磁粉探伤一起成为无损探伤的三种主要方法。航空工业、核电工业、铁道工业及压力容器工业等领域中，超声波检测必不可少，如用超声波检测飞机主起落架轮毂、梭测焊缝、检测雷达罩故障、车轴中的裂纹等。

超声测量厚度

超声测量技术主要应用于测量管道、容器壁、飞机机体等构件的腐蚀程度。超声波测厚一般有共振法，干涉法和脉冲回波法，用得较多的是同波法，其原理如图16所示。

设超声波在材料中往返传播时间为t，由图16可知d＝，如果声速u已知，那么测出t，就可以求得材料厚度d。若采用非常窄的声脉冲，所测厚度可以小于0.6mm。

图16　回波法超声测厚原理

测厚仪在实际使用时是将发射电路发出的宽度很窄的周期性电脉冲，通过电缆加到探头上进行激励，产生脉冲超声波。探头发出的超声波进入工件，在上下两界面形成多次反射。超声探头接收到反射波后，再变成电信号，经放大器放大，由计算电路测出声波在两界面间的传播时间t，最后换算成厚度显示出来。这种测厚仪可用于表头或数码管直接显示厚度，使用极为方便。

用同样的原理可以测量其他的距离，包括空气中的距离，如盲人可以靠超声来导行，机器人也可靠超声来探查附近的障碍物并准确地定位。

有时需要知道容器内的液面高度、井深、河水和海水的深度等，脉冲回波或超声液位仪可以很容易地实现这一点，其工作原理是以超声换能器发出超声脉冲信号，在被检测液体介质或其他借以测量的传声介质中传播到液面，经液面反射后，超声波脉冲信号被接收换能器接收后转换为电信号。测出从发射到接收的时间间隔，便可计算出探头到液面的距离，从而确定出液位。

超声对应力的测试

超声波对应力测试的原理是：如果金属或其他材料中存在应力，则当超声波在其中传播时，其速度将会有很小的变化，精确测量出应力引起的变化，即可检测应力情况。这种技术在航空航天领域应用较多。如卫星、飞机上的连接螺栓的应力有很高要求。若紧固应力不足，螺栓在使用过程中易松动，从而导致螺栓承受力下降并极易被损坏。如果紧固应力过大，又会导致疲劳损坏，故对这种应力要求高的场合，一般用超声波对这些部件的应力情况进行检测或监测。